东北黑土区冻融侵蚀气候驱动要素变化规律研究

作     者：李楚君 

作者单位：沈阳农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：贾燕锋

授予年度：2018年

学科分类：082802[工学-农业水土工程] 090707[农学-水土保持与荒漠化防治] 0907[农学-林学] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 09[农学] 0815[工学-水利工程] 

主      题：冻融侵蚀 东北黑土区 气温 降水 降雪 

摘      要：东北黑土区冻融导致土壤结构破坏,加剧解冻期土壤侵蚀。无论是秋季降雨对初始含水率的影响,还是冬春降水及气温变化奠定的解冻期径流基础,都会加剧土壤侵蚀,而这些均受气候条件影响。但关于气候驱动要素对解冻期土壤侵蚀的影响尚不清楚。因此,本研究拟通过收集东北黑土区120个气象站近55a的降水、气温资料,提取影响土壤冻结、土壤冻融循环及解冻期融雪(水)侵蚀的气候要素,通过空间插值、线性回归分析、M-K突变检验等方法,分析各要素的空间分布特征及随时间变化趋势,进而分析气候驱动要素对东北黑土区春季解冻期土壤侵蚀的影响,主要结论如下:(1)影响土壤冻结的气候要素选取冬季平均气温、气温年较差和秋季降水量三个指标。冬季的平均气温是影响土壤冻结深度的主要因素,整个东北黑土区多年冬季平均气温呈从南到北降低的趋势;五个典型站冬季平均气温均呈上升趋势,说明在冬季平均气温的影响下,黑土区土壤冻结具有减弱趋势。气温年较差反应土壤冻结深度,整个东北黑土区北部气温年较差较大,南部较小;五个典型站气温年较差除索伦外都呈递减趋势,说明大部分黑土区在气温年较差影响下,土壤冻结深度总体减小。秋季降水量主要影响的是冻结前土壤含水量,整个东北黑土区秋季降水量呈南高北低分布;五个典型站中吉林省梅河口和内蒙古索伦秋季降水量升高,而吉林长春、黑龙江绥化和嫩江秋季降水降低,说明受秋季降水的影响东北黑土区部分区域冻结作用减弱。综合三个气候要素的变化趋势来看,东北黑土区土壤冻结程度存在减弱趋势。(2)影响解冻期冻融侵蚀的气候要素主要选取春季气温日较差和气温围绕0℃变化频次。气温日较差反映解冻期的土壤冻融温差,多年平均气温日较差总体东部较小西部较大;五个典型站3-5月的气温日较差均呈减小趋势,说明在春季解冻期气温日较差影响下,东北黑土区冻融侵蚀作用减弱。气温围绕0℃变化频次直观反映冻融循环次数,同样为西部地区高于东部地区;五个典型站中黑龙江绥化和嫩江、内蒙古索伦、吉林长春的冻融循环次数呈递减趋势,吉林梅河口的冻融次数呈递增趋势,说明东北黑土区冻融循环次数总体减小,部分地区增加。总体来说,55a内东北黑土区春季解冻期冻融作用减弱。(3)影响融雪(水)侵蚀的气候驱动要素选取冬季降雪量、春季降水量和春季升温速率进行研究。冬季降雪累积形成积雪,解冻期融雪直接或间接加速土壤侵蚀。冬季降雪量东南、西北两侧高,中部低;除中部部分地区降雪量稍有减少外,大部分地区的降雪量均有不同程度的增加,说明受冬季降雪影响大部分地区在融雪期具有土壤侵蚀强度增大趋势。春季降水通过直接或间接增加地表径流加剧土壤侵蚀,整个黑土区春季多年平均降水量从南到北递减;五个站点中吉林长春站春季降水量呈递减趋势,其他四个站点春季降水量均呈增大趋势,西部索伦站增加明显,即黑土区大部分地区受春季降水量影响土壤侵蚀加剧,西部增加趋势最为明显。春季气温回升会加快积雪融化速率从而加剧土壤侵蚀。整个黑土区的融雪日期均有所提前,融雪初始温度均有降低趋势,融雪期内升温速率整个黑土区有不同程度加快。在影响融雪(水)侵蚀气候要素影响下,融雪期内的土壤侵蚀存在加剧趋势。